近60 a祁连山极端降水变化研究

利用祁连山24个气象台站1961—2017年逐日降水资料,选用12个极端降水指数,采用线性趋势法、Pearson相关性分析法等,分析了祁连山极端降水指数的时空变化特征,并分析了海拔、大气环流指数对祁连山极端降水指数时空变化的影响机制。结果表明:(1)祁连山、河西内陆河流域、柴达木内陆河流域、黄河流域(外流)连续干旱日数(CDD)呈显著减少趋势,连续湿润日数(CWD)呈增加趋势,空间分布表现出东西差异;其他极端降水指数总体呈增加趋势,空间分布呈现出祁连山中部增加幅度较大,向外围呈环状递减的趋势。(2)降水总量增加的主要原因在于雨日天数显著增加,中雨日数的天数也显著增大,这种降水分配模式将增大极端降水事件发生的概率,进一步证实祁连山降水活动增强,极端降水频度更高,持续时间更短,降水向降雨日数更多、时间更集中的方向发展。极端降水空间分异表现在极端降水强度的降低幅度随海拔的升高而减少,高海拔区降水量和降水日数增加更为明显,CDD的减少主要发生在高海拔区。(3)在所选的11个大气环流异常因子中,祁连山极端降水受北大西洋年代际振荡(AMO)指数影响最大,北极涛动(AO)指数与祁连山极端降水的关系最为复杂,大西洋海平面表面温度指数越大、南海夏季风(SCSSMI)指数、南美夏季风(SAMSMI)指数越低则流域发生多雨、洪涝现象的概率越大,反之发生少雨现象的概率越大。     

祁连山讨赖河流域1957—2012年极端气候变化

全球气候变化背景下,极端气候事件发生的频率逐年增大,由此引发的气象灾害事件也随之增加。鉴此,本文利用祁连山讨赖河流域1957—2012年的气象观测资料,对该流域23个极端气候指数的时空变化特征做了研究。结果表明：（1）极端气温升高趋势明显,夜间和白天极端低温日数显著减少,极端气温昼指数显著增大;气温日较差变化幅度很小,霜冻日数显著减少,生长季长度明显加长,冰冻日数2000年后增加;夜指数增大幅度大于昼指数,秋、冬季极端气温升高幅度大于春、夏季。（2）极端降水指数增大趋势明显,雨日降水总量、连续五日降水总量和中雨天数均展现出增大态势,反映出连续降水事件的增加;极端降水量事件增大显著,但雨日降水强度变化不大;除最多连续无降水日数外,极端降水日数指数展现出增大趋势;降水日数夏、秋季节分配趋向均匀化;降水量的增加主要是单次降水时间持续加长和中雨日数增加的贡献;高海拔区极端降水事件发生的频次较大。     

近50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化

利用1960-2009 年的日降水量资料,采用线性趋势、5 年趋势滑动、IDW 空间插值、Morlet 小波分析、Mann-Kendall 突变检验等方法,对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究。结果表明:不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异,也表现出南北分异;不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势,且自东向西增幅减小,大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势,其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势,部分区域呈减小趋势;小雨、中雨日数的年际变化呈显著增多趋势,大雨日数呈明显增多趋势,暴雨日数呈不明显增多趋势,小雨、大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势,中雨、暴雨强度呈不明显增大趋势;不同等级降水日数变化的周期集中在2a、5a、8a、11a、19a,不同等级降水强度变化的周期集中在2a、5a、11a、15a、25a;除小雨强度突变减小外,其它等级降水日数均突变增多,降水强度均突变增大,降水量的增加主要是降水日数的增多造成的,其中小雨、中雨日数的增多贡献最大。     

西北干旱区极端气候水文事件特征分析

中国西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一。气候变化导致气候水文系统的不稳定性加剧,极端气候水文事件的频度和强度增大、重现期缩短,灾害程度加重。借助资料分析和文献阅读,对过去50 a中国西北干旱区极端气候/水文事件的发生规律、影响机制及未来趋势进行了梳理总结,主要结论如下：（1）西北干旱区的极端气候/水文事件呈逐年增加趋势,特别是20世纪70年代以来增加显著;气温和降水极值都表现为一致的增强趋势。降水量的增多是降雨频率和强度共同增加的结果。（2）中国西北干旱区低温、降水极值在1986年左右发生了明显的突变,高温极值在1996年左右发生突变。突变后,气温和降水极值均发生了显著增强变化。（3）北半球极涡面积指数和青藏高原指数对西北干旱区气候极值变化具有重要影响,冬季极值还受冬季北极涛动和北大西洋涛动等影响。（4）新疆地区有变暖湿趋势,而河西走廊东部则为变干趋势。强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流造成新疆地区降水增加,而河西走廊干旱增加是由东亚夏季风减弱引起的。     

河西走廊东部极端降水的时空分布及影响因子分析

利用线性回归分析、Mann-Kendall检验法和和小波分析法,统计分析了河西走廊东部1961-2012年近52 a来暴雨日数的变化规律。结果表明：河西走廊东部年平均暴雨日数为1.2 d·a-1,多为局地暴雨,暴雨日数时空分布差异大,从南向北、从东向西暴雨日数迅速递减,暴雨最多的地方出现在祁连山北坡迎风坡的古浪县。然而,年暴雨日数变化总体呈上升趋势,其线性倾向率为0.24次·（10 a）-1,年暴雨日数最多年代出现在21世纪00年代,出现15场次;最少的年代出现在20世纪80年代,仅为6场次;区域性暴雨出现最多年代、最少年代与区域性暴雨强度呈相反态势。暴雨日数受季风变化影响显著,出现时段集中在6～8月,占全年暴雨日数的90.3%。其中8月暴雨日数最多,占总次数的48.4%;一日中暴雨主要出现在白天。采用Mann-Kendall检验法进行检验,河西走廊东部年暴雨日数增加从1963年开始,1985-2012年为显著增加,气候变暖使区域内极端降水出现次数增多。小波分析发现暴雨日数存在9 a和6 a周期。区域内年降水量与暴雨日的变化趋势相同,说明区域内极端降水日数增多导致了年降水量的增加。利用1983-2012年近32 a的NCEP再分析资料,将暴雨出现的高空环流形势归纳为副高西部西南气流型、河套阻塞高压型,大量级暴雨产生在高空河套阻塞高压型中;根据暴雨产生的物理机制,归纳总结出河西走廊东部暴雨产生的物理要素阈值。     

近50 a来祁连山及河西走廊极端气候的时空变化研究

 在全球变暖背景下,极端气候发生的频率增大,气象灾害造成的损失也随之增加。利用20个气象站1960-2009年的日平均气温和日降水量资料,运用线性趋势法、Spline空间插值法、Morlet小波分析法,对祁连山及河西走廊极端气候的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端高温天数呈显著增加趋势,年际变化率为0.79d/a,20世纪90年代中后期之后极端高温天气发生的频率较高;极端低温天数呈显著减少趋势,年际变化率为-0.54d/a, 80年代中后期以来极端低温天气发生的频率较低;极端降水天数也呈显著增加趋势,年际变化率为0.02d/a,70年代中后期之后极端降水天气发生的频率较高。极端气温和降水的年际变化幅度存在区域差异,南部山区比走廊平原对全球气候变暖的响应敏感。极端高温天数和极端低温天数在8a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;极端降水天数在6a、10a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;从22a的周期变化推测,2010年以后11a左右极端高温天数偏少,极端低温天数偏多,极端降水天数偏少。     

1960—2011年甘肃河东地区极端降水变化

选取甘肃河东地区13个气象站点1960—2011年的日降水资料,运用气候线性趋势、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析、反距离加权法和R/S方法,分析了甘肃河东地区极端降水的时空分布,并预测了未来变化趋势。结果表明:（1）河东地区近52年持续干旱日数呈显著增加趋势,而其余极端降水指标呈减少趋势,其中只有中雨日数通过了显著性检验;各极端降水指标在河东季风区和河东高寒区存在明显差异;在河东季风区,中雨日数、R95极端降水量和降水强度显著减少,而持续干旱日数显著增加;在河东高寒区持续降水日数显著减少。（2）空间分布上,除持续干旱日数大多数区域增加外,其余极端降水指标大部分区域减少,减少区域集中在河东中部和河东东南部。（3）极端降水指标主要以20年和5～8年的周期为主,在不同的时间序列信号强弱不同\.（4）中雨日数、持续干旱日数、R95极端降水量、降水强度在20世纪70年代发生趋势性突变,持续降水日数和最大5天降水量在80年代转折性突变。（5）除中雨日数、持续降水日数在河东高寒区未来发展不稳定外,其它各指标在各区域未来表现出持续性,与过去变化趋势一致。     

山西北部极端降水时空演变规律及与大气环流因子的响应

基于山西北部28个国家气象站点,1972—2020年逐日降水资料,选用8个极端降水指数,采用线性回归、Pearson相关分析、连续小波和交叉小波变换分析等方法,研究了山西北部极端降水的时空变化及其与大气环流因子的相关性和周期特征。结果表明：（1）在时间上,山西北部8个极端降水指数都是在20世纪70年代后期和21世纪00年代后期到10年代,年总降水量（PRCPTOT）、中雨以上日数（R10mm）、强降水量（R95P）、极强降水量（R99P）、1 d最大降水量（Rx1day）、5 d最大降水量（Rx5day）均增多,日降水强度（SDII）显著增强,持续湿期日数（CWD）也略有增多。整个20世纪80年代降水异常偏少。（2）在空间上,极端降水指数呈从东北向西南地区逐步增加的态势。从站点趋势变化来分析,大多数站点的极端降水指数呈上升趋势,其中,上升趋势最显著的站点均位于忻州市境内西南部。朔州市境内和忻州市东南部站点PRCPTOT和SDII都呈增加趋势,但CWD则呈减少趋势,由此说明朔州市境内和忻州市东南部地区发生极端降水事件的概率较大。（3）通过小波变换分析发现,1990—2020年山西北部极端...     

庐山旅游区气候变化特征及其影响因素分析

采用Mann-Kendall方法,对1955~2008年庐山旅游区气候要素进行变化趋势分析和突变检验,结果表明,近54 a来气温和降水都出现了不同程度的差异性升高和增加趋势。庐山旅游区年平均气温上升趋势较显著,20世纪90年代以来年平均气温明显偏高,并在1996年左右发生了突变。极端最高气温升高幅度微弱,但极端最低气温上升趋势显著,且升高幅度较大。年降水量呈微弱的增加趋势,20世纪70年代频繁波动突变,且20世纪70年代以来年降水量都较以前偏高,其中20世纪90年代最高。近年来,最大日暴雨量和年暴雨日数都呈增加趋势,20世纪90年代是最大日暴雨量和暴雨日数的最高时期。夏秋季节暴雨频繁,暴雨6月最多,大暴雨8月最多,且年降水量增加趋势的贡献可能是夏秋季节极端降水事件增加的结果。     

祁连山及河西走廊气候变化的时空分布特征

利用祁连山区及河西走廊20个气象站的气温和降水资料,运用一元回归分析、5 a趋势滑动、Spline插值法,进行气候变化的时空分布特征分析。结果表明：祁连山及河西走廊的气温在20世纪60—80年代偏低,90年代以后偏高;气温的年际变化率为0.0298 ℃·a^-1,并且升温趋势显著;大部分地区的增温幅度在0.02~0.04 ℃·a^-1之间,其中祁连山区的增温幅度大于走廊平原;气温的年际变化幅度在空间上呈现出南北分异,大致以黑河干流为界,中东部地区的增温幅度从南到北呈增大趋势,而中西部地区从南到北呈减小趋势;降水在60年代偏少,其他年代偏多,其中2000年以后明显增多;降水的年际变化率为0.6571 mm·a^-1,不过增加趋势不太明显;大部分地区降水的增加幅度在0~2 mm·a^-1之间,其中祁连山区的增加幅度大于走廊平原;降水的年际变化幅度在空间上呈现出南北分异,其增加幅度从南到北呈减小趋势。     

近34 a青藏高原年降水变化及其分区

 对高原地区34 a（1971—2004年）82站共13 883 d的逐日降水量资料进行了统计,用REOF方法进行了分区,并讨论了趋势变化。青藏高原地区属季风降水区,在东亚季风、印度季风、高原季风和西风带系统的影响下,降水的局部特征显著。近34 a来高原上的降水量整体呈增加趋势,从20世纪70年代到90年代初期降水变化不大,90年代中后期开始明显增加,尤其是近3 a增加明显。青藏高原干旱地区降水完全取决于夏季降水量,并且降水的相对变率大。从青藏高原地区年降水的分区情况来看,西藏及四川的西南部降水增加最明显,每10 a增加幅度为54.5 mm,其次是青海的柴达木盆地和青海湖地区及甘肃的河西走廊地区。而青海的东部及三江源地区,祁连山区,四川的西北部地区呈减少趋势。高原上高海拔地区的降水在减少,而低海拔地区在增加。     

祁连山区近50a来的气温序列及变化趋势

利用河西祁连山区东段乌鞘岭、中段祁连和西段托勒气象站20世纪50年代以来的气温观测资料分别建立了祁连山区东段、中段和西段三个区域的年及冬季(11~2月)、春季(3~5月)和夏秋季(6~10月)的气温时间序列,并对其变化特征和趋势进行了分析研究。结果表明:祁连山区的平均气温的变化既与全球升温存在着某种程度的一致性,又有着鲜明的区域和季节差异,具体表现为:冬季(11~2月)平均气温序列的上升趋势较年平均气温和其它季节平均气温更为显著,并且20世纪90年代为近50a来最暖的10a;总体上祁连山区的平均气温呈不连续地缓慢地波动状上升趋势,但升幅不是很大。因此,预计祁连山区平均气温的这种变化对出山径流将不会产生大的影响。     

Climatic response of Picea crassifolia tree-ring parameters and precipitation reconstruction in the western Qilian Mountains, China

Cores of thick leaf spruce from the western Qilian Mountains were subjected to densitometric analysis to obtain data for seven tree-ring parameters (tree-ring width, earlywood width, latewood width, maximum density, minimum density, mean earlywood density and mean latewood density). The chronologies were analyzed individually and then compared with each other. Most of these variables show moderately high values of common variance and mean interseries correlation except latewood and maximum densities. The relationships between the different tree-ring parameters and climate data are also presented. The growth/climate response analyses reveal that the radial growth of thick leaf spruce is the mainly controlled by total annual precipitation (July-June). Herein the residual ring width chronology was used to reconstruct annual (July-June) precipitation of Jiuquan for the period 1768-2009 A.D., and it accounted for 45.0% of the precipitation variance. Multi-taper spectral analysis reveals the existence of significant 11.1-year, 4.9-year, and 2.0- to 3.4-year periods of variability. Spatial analysis shows that the precipitation of Jiuquan has strong common signals for the northern margin of the Tibetan Plateau and Hexi Corridor. Drought events in our reconstruction are compared to the historical archives and other moisture-sensitive tree ring width series in the Hexi Corridor. The results reveal common climatic extremes over much of the Hexi Corridor. Many of these events have had profound impacts on the peoples of the Hexi Corridor over the past several centuries.     

花海古湖泊外源碎屑矿物含量揭示的河西走廊早、中全新世降水变化

花海地区位于河西走廊的西段,在全新世早期和中期亚洲季风增强时,该区域降水是否很好地响应亚洲季风的变化,以及季风的水汽输送是否会影响到该区域是仍需继续探讨的问题.本文通过对花海古湖泊沉积物样品的矿物测定,分析了花海古湖泊早、中全新世湖相沉积阶段中外源碎屑矿物含量的变化,并以此重建了该区域早全新世(10.47～8.87 cal ka BP)和中全新世(8.87～5.5 cal ka BP)的降水变化.结果显示,早全新世时期花海湖泊外源碎屑矿物含量高于中全新世时期,表明了该区域早全新世时期的降水高于中全新世时期,反映了该区域早、中全新世千年尺度的降水变化响应了印度季风的强弱变化,降水量受到了印度季风强度的影响.在全新世中期,由于西风环流的增强,花海地区水汽输送可能受到了印度季风和西风环流的双重影响.但全新世最湿润期出现在中全新世,与早全新世降水强度高于中全新世的结果并不一致.这种差异可能主要是由于中全新世时期较低的湖面蒸发所造成的.     

Glacier area shrinkage in China and its climatic background during the past half century

Based on the glacier area variation records in the typical regions of China monitored by remote sensing, as well as the meteorological data of air temperature and precipitation from 139 stations and the 0℃ isotherm height from 28 stations, the glacier area shrinkage in China and its climatic background in the past half century was discussed. The initial glacier area calculated in this study was 23,982 km2 in the 1960s/1970s, but the present area was only 21,893 km2 in the 2000s. The area-weighted shrinking rate of glacier was 10.1%, and the interpolated annual percentage of area changes (APAC) of glacier was 0.3% a-1 since 1960. The high APAC was found at the Ili River Basin and the Junggar Interior Basin around the Tianshan Mountains, the Ob River Basin around the Altay Mountains, the Hexi Interior Basin around the Qilian Mountains, etc. The retreat of glacier was affected by the climatic background, and the influence on glacier of the slight-increased precipitation was counteracted by the significant warming in summer.